【摘 要】
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能量高度局域化、亚波长约束、突破衍射极限等主要特性使得表面等离子体在纳米光子学、集成光学的发展中发挥着越来越重要的影响。基于表面等离子体结构的慢光波导是表面等离
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能量高度局域化、亚波长约束、突破衍射极限等主要特性使得表面等离子体在纳米光子学、集成光学的发展中发挥着越来越重要的影响。基于表面等离子体结构的慢光波导是表面等离子体光学的重要应用之一,可以在较宽的光频范围内实现慢光模式,在亚波长尺寸内对光信号进行处理,实现电磁能量的高度局域化。本文从电磁场基本理论出发,根据金属Drude色散模型,分析了金属-介质单界面上表面等离子体的色散关系、特征长度及激励方式。介绍了基于表面等离子体结构的三层对称光波导的场分布特性,对其模式有效折射率、传输损耗、传输长度与光波导的结构参数、电磁参数间的关系进行数值仿真,分析其模式特点。随后对本文中用到的金属色散介质中的时域有限差分法进行介绍。基于时域有限差分法,本文研究了基于表面等离子体结构的光波导。在外加激励源作用下,对光波导的慢光特性进行研究,对其色散关系、群速度曲线、时域传输场等光学特性进行了详细分析。在此基础上,对光波导的慢光模式与其结构参数间的关系进行研究。数值仿真结果表明,通过选取合适的工作频率(波长),此结构的光波导在支持慢光传输的同时,可以获得非常低的群速度色散,能够实现光信号的有效传输;改变中间介质层厚度可以改变慢光模式的频率,可以在宽频带范围内实现光信号的慢光传输。为减少欧姆热损耗、提高表面等离子体传输长度,本文设计研究了长程表面等离子体光波导结构。对其对称模式、反对称模式下的色散关系进行详细分析。数值仿真结果表明,在反对称模式下,此结构的光波导在保持长程传输模式的同时,还具有慢光传输特性,通过恰当设置光波导的结构参数、电磁参数可获得理想的慢光模式。
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